Налейте в одну мензурку холодную воду объёмом 50 мл, а в другую − тёплую воду такого же объёма. В каждую из мензурок опустите кристаллик марганцовки. Объясните наблюдаемое явление. В какой мензурке вода окрасится быстрее и почему?

Для решения задачи давайте разберёмся с основными физическими принципами, которые помогут объяснить наблюдаемое явление.

1. Диффузия: Диффузия — это процесс, при котором частицы вещества перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. В данном случае кристаллик марганцовки (или перманганата калия) погружен в воду, и его частицы начинают распространяться в жидкости, окрашивая её.

2. Температурное влияние на диффузию: Скорость диффузии напрямую зависит от температуры среды. При повышении температуры кинетическая энергия молекул увеличивается. Это приводит к тому, что частицы начинают двигаться быстрее. Таким образом, в тёплой воде молекулы марганцовки будут распространяться быстрее, чем в холодной. Это можно объяснить уравнением Фика, которое описывает скорость диффузии.

3. Кинетическая теория молекул: Согласно кинетической теории, молекулы любых веществ находятся в постоянном движении. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. Это означает, что в тёплой воде молекулы перманганата калия и самой воды движутся быстрее, что ускоряет процесс их смешивания.

4. Вязкость жидкости: Вязкость — это мера сопротивления жидкости течению. Она также зависит от температуры. С повышением температуры вязкость воды уменьшается, что облегчает движение частиц в жидкости. В тёплой воде, вследствие её меньшей вязкости, частицы марганцовки распространяются быстрее, чем в холодной воде.

На основании этих принципов можно ожидать, что в мензурке с тёплой водой процесс окрашивания произойдёт быстрее, чем в мензурке с холодной водой. Это связано с тем, что в тёплой воде частицы марганцовки имеют больше кинетической энергии и легче преодолевают сопротивление среды.